CN104104915A - 基于移动终端的多功能行车监控预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动终端的多功能行车监控预警系统；本系统是由通过分别安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头来收集数据，然后利用图像处理技术将其合成为一个完整的画面，同时通过连接在车辆行车电脑（ECU）上的OBD2端口数据采集器（主芯片eml327芯片及2.4G模块等相关电路）采集到车辆ECU中的电子助力转向数据及其他车辆相关工况信息后，通过2.4G无线技术将数据传输到控制器，根据车辆的轴距轮距等其他数据，计算得到车辆的行进轨迹预测，最后通过无线方式将带有轨迹预测后的图像输出到移动终端设备（如手机），由移动终端设备显示。该技术是低成本的，采用无线通讯的方式，实时图像传输检测系统。

Description

基于移动终端的多功能行车监控预警系统

技术领域

    本发明涉及一种汽车行车轨迹预测监控预警系统，具体来讲是一种基于移动终端设备的带有行车轨迹预测的全景俯视行车监控预警系统。

背景技术

    随着社会的发展，交通安全问题越来越凸显，传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，传统的安全措施比如安全带、安全气囊、保险杠等，多是些在事故发生后以被动的方式进行事后补救的措施，并不能有效解决交通事故的发生。随着科技的进步，交通压力的增加，车辆驾驶的安全意识正不断提高，主动安全预警系统正逐步成为伴随汽车工业迅速发展的一个新兴领域。

    众所周知，交通事故发生的原因除了超速以外，大部分发生在变道过程中。对于驾驶者来说，除了车辆本身结构和驾驶者所处位置造成的视觉盲区以外，另一个重要因素在于，交通状况的复杂程度，已经使驾驶者的注意力不能完全集中在对多个障碍物的追逐和判断，由此造成在变道过程中的一系列的交通安全事故。

    目前实现的变道预警系统有两种方式：雷达探测和图像识别；

    现有雷达探测的缺点：目前雷达探测实现方式中，专门为变道预警系统新增雷达模块，增加了安装成本和硬件投入成本。另外当有变道危险预警时，仅通过仪表盘的信号灯闪烁进行提示，提示方式不明显并且不明确。

    图像识别变道预警的缺点：基于图像识别的变道预警方式，存在诸多使用前提，对环境和道路情况的要求非常高，比如当道路车道线模糊、夜间、雨天、弯道等情况都不能对车道进行正确的判断，更不能实现危险预警。该方案不具备实用性。

发明内容

    本发明的目的在于在此提供一种基于移动终端设备的带有行车轨迹预测的全景俯视行车监控预警系统；本系统是一种利用移动终端设备（手机），采用无线通讯方式，通过图形和语音等多种预警方式，实现对车辆行驶中的驾驶安全隐患的一种预先提醒系统。本系统具有低成本化、对车辆改装要求低、高可靠性、直观高效预警方式，最大限度的减少驾驶员因主观原因在车辆因变换车道过程中发生交通事故概率的主动安全预警系统。

 

    主要应对于车辆驾驶员的视线不良和注意力受多障碍物影响因素的情况，尤其对于校车、危险品运输车辆、大型客车、工程车辆等，有着不可估量的实际意义。

本发明是这样实现的，构造一种基于移动终端设备的带有行车轨迹预测的全景俯视行车监控预警系统，其特征在于：具有控制器，以及安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头；本系统是由通过分别安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头来收集数据；

同时，通过视频解码器与安装在汽车前后左右的摄像头连接，由视频解码器将汽车前后左右的摄像头获取的图像信息进行转换成数字信息，并反馈于控制器；

然后由控制器利用图像处理技术将其合成为一个完整的画面，控制器通过2.4G无线通讯技术与连接在车辆行车电脑上的OBD2端口数据采集器进行数据通讯；同时通过OBD2端口数据采集器采集到车辆的行车电脑中电子助力转向的方向盘转动角度及车辆的其他相关工况信息后，根据车辆的轴距轮距数据，计算得到车辆的行进轨迹预测，最后通过无线方式将带有轨迹预测后的图像输出到移动终端设备（如手机），显示到移动终端设备屏幕上。

同时通过车辆行车电脑的OBD2数据端口采集到车辆的行车电脑中电子助力转向的方向盘转动角度及其他车辆相关工况信息后，通过2.4G无线技术将数据传输到控制器。换句话说，OBD2获取的不只是转向角的数据，还包括车辆的工况信息，预警系统就是还包括对车辆工况的预警，例如发动机温度过高，机油压力过低，燃油不充分，缺缸等，这些也是我们预警范围内的，而且，只是通过OBD2将行车电脑（简称ECU）中的数据读取出来，然后又控制器进行分析判断，通过用户移动终端设备进行信息交互达到预警的目的。 

    一种基于移动终端设备的带有行车轨迹预测的全景俯视行车监控预警方法；其特征在于，该方法如下实现：

（1）由车辆转向开关的动作启动控制器的使能电路，由此启动变道预警系统；

（2）在变道预警系统启动后，首先激活位于转向灯指示方向对应的雷达探头；

（3）雷达探头启动后所获得的雷达探测数据返回给控制器，由控制器的数据采集处理单元对数据进行处理；

（4）由控制器内部的单片机组成的核心运算单元对处理后的数据进行分析判断，完成安全预警的执行数据输出；

（5）当识别到交通安全隐患后，通过蓝牙无线信号发射模块通过无线蓝牙方式向移动终端设备发送预警数据；

（6）移动终端设备在接收到由控制器的蓝牙模块发出的数据后实现图像和语音的报警提醒；

（7）在车辆完成变道过程，转向灯开关复位，变道预警系统工作结束。

本发明的优点在于：本发明是由通过分别安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头来收集数据，然后利用图像处理技术将其合成为一个完整的画面，同时通过连接在车辆行车电脑（ECU）上的OBD2端口数据采集器（主芯片eml327芯片及2.4G模块等相关电路）采集到车辆ECU中的电子助力转向数据及其他车辆相关工况信息后，通过2.4G无线技术将数据传输到控制器，根据车辆的轴距轮距等其他数据，计算得到车辆的行进轨迹预测，最后通过无线方式将带有轨迹预测后的图像输出到移动终端设备，由移动终端设备显示。该技术是低成本的，采用无线化通讯方式的，实时图像传输检测系统。该技术是低成本的，采用无线化通讯方式的，实时图像传输检测系统。具有如下的优势及应用：

1，辅助驾驶员安全察看车辆周围环境，消除盲点。

2，对车辆行进过程中的前进和后退方向有前瞻性的轨迹预测，为车辆行进路径提供可靠依据。

3，通过图像化和语音化的预警方式，提供驾驶者全方位的预警判断分析。

4，采用无线化的通讯方式，最大限度的降低车辆改装的要求，降低了布线和设备安装的难度。

5，利用移动终端设备（手机）最为人机交互设备，不需要在车内加装其他显示设备和其他辅助设备，不会影响到车内的整体美观，降低了系统设备的成本和安装要求。

6，尤其对于校车、危险品运输车辆、大型客车、工程车辆等，往往体积较大，行进轨迹有较大的空间变化，干扰因素校多，驾驶员视角不良，安全隐患和事故代价巨大。采用本系统的种种技术优势，可以最大限度的降低交通安全隐患，对交通安全有着不可估量的实际意义。 

7，低成本化。本系统利用了移动终端设备显示屏和重复利用了车量自身的倒车雷达探头，所以车辆本身不需要再增加额外这两大设备和安装，降低了成本。并且采用的是已经相当成熟的雷达回声定位法，对设备要求低，成本也相对低廉。

8，高可靠性。目前类似方案大多采用的是基于图像识别的技术方案，这种方案对摄像头采集到的图像质量要求较高，例如车道线模糊、夜间、雨天、弯道以及障碍物相对位置重叠等情况下都不能有效的实现预警判断。并且数据量较大，对设备的要求也较高，容易造成可靠性的降低。

9，易安装性。本系统采用了移动终端设备（手机）的无线连接性，不需要像目前类似产品的大量的安装设备和布线过程，仅需要连接车辆尾部的雷达探头和左右转向灯的线路即可，提高了安装的简单性和系统的可靠性。

10，清晰直观有效的提醒方式。采用图形图像和语音等更加直观的提醒方式，可以为驾驶者提供更加有效的提醒效果，基于移动终端设备（如手机），提供驾驶者一目了然的预警信息，同时配合语音等提醒，相比现有产品仅以灯光和简单声音的提醒方式，本系统更加高效直观。

 

附图说明

图1是倒车线路示意图

图2是控预警系统连接示意图

图3是控制器芯片及连接电路图

图4是变道流程示意图

图5是控制器采用图像拼接技术将车辆四周的影像数据构成一幅车辆四周的360度全景俯视图像

图6是系统框图。

具体实施方式

    下面将结合附图1-5对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于移动终端设备的带有行车轨迹预测的全景俯视行车监控预警系统，具有控制器，以及安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头；本系统是由通过分别安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头来收集数据；同时，通过视频解码器与安装在汽车前后左右的摄像头连接，由视频解码器将汽车前后左右的摄像头获取的图像信息进行转换成数字信息，并反馈于控制器；然后由控制器利用图像处理技术将其合成为一个完整的画面，控制器通过2.4G无线通讯技术与连接在车辆行车电脑上的OBD2端口数据采集器进行数据通讯；同时通过OBD2端口数据采集器采集到车辆的行车电脑中电子助力转向的方向盘转动角度后，根据车辆的轴距轮距数据，计算得到车辆的行进轨迹预测，最后通过无线方式将带有轨迹预测后的图像输出到移动终端设备，显示到移动终端设备屏幕上。

    一种基于移动终端设备的带有行车轨迹预测的全景俯视行车监控预警方法；该方法如下实现：

（1）由车辆转向开关的动作启动控制器的使能电路；

（2）在变道预警系统启动后，首先激活位于转向灯指示方向对应的雷达探头；

（3）雷达探头启动后所获得的雷达探测数据返回给控制器，由控制器的数据采集处理单元对数据进行处理；

（4）由控制器内部的单片机组成的核心运算单元对处理后的数据进行分析判断，完成安全预警的执行数据输出；

（5）当识别到交通安全隐患后，通过蓝牙无线信号发射模块通过无线蓝牙方式向移动终端设备发送预警数据；

（6）移动终端设备在接收到由控制器的蓝牙模块发出的数据后实现图像和语音的报警提醒；

（7）在车辆完成变道过程，转向灯开关复位，变道预警系统工作结束。

    整体工作原理流程：4方位真实影像-图像拼接-图像合成-轨迹计算-轨迹图像处理叠加AV to wifi信号的处理与发送-移动终端设备（行车记录及预警警等功能）。

    轨迹预测工作原理：如果前轮有一定转角，在维持转角不变状态和无轴向移动前提下车辆走过的路径将会以某个圆点为中心旋转，其走过路径如图1。将车辆的行车电脑中的电子助力方向盘转动角度通过车辆的OBD2端口读取的本系统的控制器中，然后通过控制器进行数据的处理和分析，最后将带有轨迹预测的合成后图像通过WIFI信号发送到移动终端设备（手机）。

   图1中；图中假设车轮不会出现轴向移动，故如果保持车轮转角不变的情况下，每个车轮只能沿着垂直其车轴的方向行进，这里取前后轮的轴心作为轨迹跟踪点（实际过程中两个前轮轴心不会出现平行），则轨迹应该是以前后轮轴向线的焦点为圆心的圆。图中φ为为前轮同水平方向的夹角，记前后轮轴距为L，后轮轴长为W，后轮距离车尾的距离为D，从几何关系可知，后轮轴心的运动轨迹可以描述为以半径Lcot(φ)的圆周运动。两个后轮的轨迹分别为Lcot(φ)-W/2和Lcot(φ)+W/2的圆。图中的x方向和y方向不同于一般习惯主要是考虑后面的视角变换。从等式可以看到，当φ接近0度时候行进轨迹近似直线，接近90度时半径呈缩小趋势，符合我们日常经验值。

优势及应用：

1，辅助驾驶员安全察看车辆周围环境，消除盲点。

2，对车辆行进过程中的前进和后退方向有前瞻性的轨迹预测，为车辆行进路径提供可靠依据。

3，通过图像化和语音化的预警方式，提供驾驶者全方位的预警判断分析。

4，采用无线化的通讯方式，最大限度的降低车辆改装的要求，降低了布线和设备安装的难度。

5，利用移动终端设备（手机）最为人机交互设备，不需要在车内加装其他显示设备和其他辅助设备，不会影响到车内的整体美观，降低了系统设备的成本和安装要求。

6，尤其对于校车、危险品运输车辆、大型客车、工程车辆等，往往体积较大，行进轨迹有较大的空间变化，干扰因素校多，驾驶员视角不良，安全隐患和事故代价巨大。采用本系统的种种技术优势，可以最大限度的降低交通安全隐患，对交通安全有着不可估量的实际意义。 

   我方实现方案为通过转向灯明确变道需求的同时启动变道预警系统，探测并通过计算对变道安全进行预判，当有变道危险时，移动终端设备发出语音提示，同时屏幕显示车辆位置示意图，进行明确的预警提示。

    该方案采用成熟的超声波回声定位和单片机以及无线发射模块，配合移动终端设备，可以使该系统在满足低成本和高可行性的同时，为驾驶者提供更为直观有效的预警信息。

    尤其对于校车、危险品运输车辆、大型客车、工程车辆等车辆的驾驶安全，有着不可估量的实际意义。

    该方案该具有如下优势：

1，低成本化。本系统利用了移动终端设备显示屏和重复利用了车量自身的倒车雷达探头，所以车辆本身不需要再增加额外这两大设备和安装，降低了成本。并且采用的是已经相当成熟的雷达回声定位法，对设备要求低，成本也相对低廉。

2，高可靠性。目前类似方案大多采用的是基于图像识别的技术方案，这种方案对摄像头采集到的图像质量要求较高，例如车道线模糊、夜间、雨天、弯道以及障碍物相对位置重叠等情况下都不能有效的实现预警判断。并且数据量较大，对设备的要求也较高，容易造成可靠性的降低。

3，易安装性。本系统采用了移动终端设备（手机）的无线连接性，不需要像目前类似产品的大量的安装设备和布线过程，仅需要连接车辆尾部的雷达探头和左右转向灯的线路即可，提高了安装的简单性和系统的可靠性。

4，清晰直观有效的提醒方式。采用图形图像和语音等更加直观的提醒方式，可以为驾驶者提供更加有效的提醒效果，基于移动终端设备，提供驾驶者一目了然的预警信息，同时配合语音等提醒，相比现有产品仅以灯光和简单声音的提醒方式，本系统更加高效直观。

参考实例1：

（1）在车辆前后保险杠中部以及左右后视镜上的安装摄像头，在车辆上的前后保险杆的两端安装雷达探头并将转向灯的开关信号引入控制器，在行车电脑OBD2端口连接可对行车电脑数据进行读取的eml327模块，在车辆上安装本系统控制器单元，用户移动终端并通过无线网络与控制器发出的无线信号进行连接；

（2）通过安装在车辆前后保险杠中部以及左右后视镜上的摄像头采集车辆四周的影像，控制器采用图像拼接技术将车辆四周的影像数据构成一幅车辆四周的360度全景俯视图像。比如图5。

控制器通过2.4G无线通讯技术与汽车行车电脑的OBD2端口数据采集器进行数据通讯；同时通过车辆行车电脑的OBD2端口数据采集器。

(3)控制器通过2.4G无线连接技术，与连接到汽车行车电脑的OBD2端口数据采集器进行数据通讯（主芯片eml327芯片及2.4G模块），读取行车电脑中的各项数据，并将车辆电子助力转向数据通过与车辆轮距轴距等相关数据进行处理运算，得到车辆轨迹预测数据，并将该数据与之前的全景俯视图像进行合并处理后，得到具有行车轨迹预测的全景俯视影像。

（4）控制器通过连接到车辆转向灯开关的信号线，识别到驾驶员的转向动作，并启动车辆前后保险杠上与转向方向同侧的雷达探头，对目标方向上的障碍物采用雷达回声定位法进行判断分析，得到变道预警数据。

（5）控制器通过无线单元模块，将以上采集并处理后的数据通过无线方式传送到用户的移动终端设备上。

（6）移动终端设备接收到控制器发送出的无线信号后，以影像、语音等方式对车辆驾驶提供各种图像和数据以及语音预警播报。

OBD数据采集及应用扩展：通过对车辆的行车电脑中的数据采集，得到车辆基本运行数据和故障数据并通过蓝牙传输到用户移动终端设备，对基本运行数据进行分析，为驾驶者提供相关驾驶习惯的改善建议和车辆车况信息，并通过移动终端设备，扩大增值服务的内容。

变道预警系统：在车辆上前后保险杆的两端安装雷达探头作为数据采集单元，并将转向灯的开关信号作为使能开关。采用单片机作为数据处理单元，通过蓝牙无线模块将数据发送到移动终端。

驾驶者在进行变道动作时，首先通过转向灯开关的操作激活对应方向的雷达，单片机通过采集到的雷达数据进行运算处理，并通过移动设备上显示图像或语音反馈驾驶者对目标车道上障碍物提醒预警。

硬件上主要是一套基于单片机系统的雷达定位装置，成本较低，加一个蓝牙无线模块。采用无线通讯方式和用户自身移动设备的利用，极大的降低了对车辆的改装要求，车辆仅需在后保险杠两端位置打孔加装雷达探头。车辆尾部转向灯电路接出转向激活电路。

360度全景俯视系统：通过对车辆前后左右四个方位的独立摄像头采集到车辆四周的影像数据后，处理单元对4个方位的图像进行图像拼接处理，得到车辆四周的全景俯视影像。并且，通过对行车电脑中电子助力转向的数据采集和处理，与车辆轮距轴距等相关数据的运算，得到车辆行驶的轨迹预测。并将轨迹预测的数据和之前的全景俯视影像向结合，得到带有车辆行驶轨迹的全景俯视图像。并将该图像传送到车内的显示屏或用户的移动终端设备。

    对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种基于移动终端的多功能行车监控预警系统，其特征在于：具有控制器，以及安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头；本系统是由通过分别安装在车辆前格栅、左右侧门镜及尾门的4个广角摄像头来收集数据；

同时，通过视频解码器与安装在汽车前后左右的摄像头连接，由视频解码器将汽车前后左右的摄像头获取的图像信息进行转换成数字信息，并反馈于控制器；

然后由控制器利用图像处理技术将其合成为一个完整的画面，控制器通过2.4G无线通讯技术与汽车行车电脑的OBD2端口数据采集器进行数据通讯；同时通过车辆行车电脑的OBD2端口数据采集器采集到车辆的行车电脑中电子助力转向的方向盘转动角度及车辆的其他相关工况信息后，根据车辆的轴距轮距数据，计算得到车辆的行进轨迹预测，最后通过无线方式将带有轨迹预测后的图像输出到移动终端设备，显示到移动终端设备屏幕上。

2.一种基于移动终端的多功能行车监控预警方法；其特征在于，该方法如下实现：

（1）由车辆转向开关的动作启动控制器的使能电路；

（2）在变道预警系统启动后，首先激活位于转向灯指示方向对应的雷达探头；

（3）雷达探头启动后所获得的雷达探测数据返回给控制器，由控制器的数据采集处理单元对数据进行处理；

（4）由控制器内部的单片机组成的核心运算单元对处理后的数据进行分析判断，完成安全预警的执行数据输出；

（5）当识别到交通安全隐患后，通过蓝牙无线信号发射模块通过无线蓝牙方式向移动终端设备发送预警数据；

（6）移动终端设备在接收到由控制器的蓝牙模块发出的数据后实现图像和语音的报警提醒；

（7）在车辆完成变道过程后，转向灯开关复位，变道预警系统工作结束。